Tema lekcije: Alkenes. Dobijanje, hemijska svojstva i primena alkena.

Ciljevi i zadaci lekcije:

• razmotriti specifična hemijska svojstva etilena i opšta svojstva alkena;
• produbiti i konkretizovati pojmove o ?-vezama, mehanizmima hemijskih reakcija;
• dati početne ideje o reakcijama polimerizacije i strukturi polimera;
• analizirati laboratorijske i opšte industrijske metode za dobijanje alkena;
• nastaviti razvijati sposobnost rada sa udžbenikom.

Oprema: uređaj za dobijanje gasova, rastvor KMnO 4, etil alkohol, koncentrovana sumporna kiselina, šibice, špiritna lampa, pesak, tabele "Struktura molekula etilena", "Osnovne hemijske osobine alkena", demonstracioni uzorci "Polimeri".

TOKOM NASTAVE

I. Organizacioni momenat

Nastavljamo sa proučavanjem homolognog niza alkena. Danas moramo razmotriti metode dobijanja, hemijska svojstva i primjenu alkena. Moramo okarakterisati hemijska svojstva zbog dvostruke veze, dobiti početno razumevanje reakcija polimerizacije, razmotriti laboratorijske i industrijske metode za dobijanje alkena.

II. Aktiviranje znanja učenika

1. Koji se ugljovodonici nazivaju alkeni?

1. Koje su karakteristike njihove strukture?

1. U kojem su hibridnom stanju atomi ugljika koji tvore dvostruku vezu u molekulu alkena?

Zaključak: alkeni se razlikuju od alkana po prisustvu jedne dvostruke veze u molekulima, što određuje karakteristike hemijskih svojstava alkena, metode njihove pripreme i upotrebe.

III. Učenje novog gradiva

1. Metode za dobijanje alkena

Sastaviti jednadžbe reakcija koje potvrđuju metode za dobijanje alkena

– kreking alkana C 8 H 18 ––> C 4 H 8 + C 4 H 10 ; (termičko pucanje na 400-700 o C)
oktan buten butan
– dehidrogenacija alkana C 4 H 10 ––> C 4 H 8 + H 2; (t, Ni)
butan buten vodonik
– dehidrohalogenacija haloalkana C 4 H 9 Cl + KOH ––> C 4 H 8 + KCl + H 2 O;
hlorobutan hidroksid buten hlorid voda
kalijum kalijum
– dehidrohalogenacija dihaloalkana
- dehidracija alkohola C 2 H 5 OH --> C 2 H 4 + H 2 O (kada se zagrije u prisustvu koncentrovane sumporne kiseline)
Zapamtite! U reakcijama dehidrogenacije, dehidracije, dehidrohalogenacije i dehalogenacije, mora se imati na umu da se vodik pretežno odvaja od manje hidrogeniranih ugljikovih atoma (Zaitsevovo pravilo, 1875.)

2. Hemijska svojstva alkena

Priroda veze ugljik - ugljik određuje vrstu kemijskih reakcija u koje ulaze organske tvari. Prisustvo dvostruke veze ugljik-ugljik u molekulama etilenskih ugljovodonika određuje sljedeće karakteristike ovih spojeva:
- prisustvo dvostruke veze omogućava da se alkeni klasifikuju kao nezasićena jedinjenja. Njihova transformacija u zasićene moguća je samo kao rezultat reakcija adicije, što je glavna karakteristika hemijskog ponašanja olefina;
- dvostruka veza je značajna koncentracija elektronske gustine, pa su reakcije adicije elektrofilne prirode;
- dvostruka veza se sastoji od jedne - i jedne - veze, koja se prilično lako polarizira.

Jednačine reakcije koje karakterišu hemijska svojstva alkena

a) Reakcije sabiranja

Zapamtite! Reakcije supstitucije su karakteristične za alkane i više cikloalkane koji imaju samo jednostruke veze, reakcije adicije su karakteristične za alkene, diene i alkine koji imaju dvostruke i trostruke veze.

Zapamtite! Mogući su sljedeći mehanizmi prekida veze:

a) ako su alkeni i reagens nepolarna jedinjenja, tada se -veza prekida stvaranjem slobodnog radikala:

H 2 C \u003d CH 2 + H: H -> + +

b) ako su alken i reagens polarna jedinjenja, tada prekid veze dovodi do stvaranja jona:

c) kada se povezuje na mestu prekida veze reagenasa koji sadrže atome vodonika u molekulu, vodonik se uvek vezuje za hidrogenizovaniji atom ugljenika (Morkovnikovovo pravilo, 1869).

- reakcija polimerizacije nCH 2 = CH 2 ––> n – CH 2 – CH 2 ––> (– CH 2 – CH 2 –) n
eten polietilen

b) reakcija oksidacije

Laboratorijsko iskustvo. Nabavite etilen i proučite njegova svojstva (instrukcije na studentskim stolovima)

Upute za dobivanje etilena i eksperimente s njim

1. Stavite 2 ml koncentrovane sumporne kiseline, 1 ml alkohola i malu količinu peska u epruvetu.
2. Zatvorite epruvetu čepom sa cevčicom za odvod gasa i zagrejte je u plamenu alkoholne lampe.
3. Propustite gas koji izlazi kroz rastvor kalijum permanganata. Obratite pažnju na promjenu boje otopine.
4. Zapalite gas na kraju cevi za gas. Obratite pažnju na boju plamena.

- Alkeni gore blistavim plamenom. (Zašto?)

C 2 H 4 + 3O 2 -> 2CO 2 + 2H 2 O (sa potpunom oksidacijom, produkti reakcije su ugljični dioksid i voda)

Kvalitativna reakcija: "blaga oksidacija (u vodenom rastvoru)"

- alkeni obezbojavaju rastvor kalijum permanganata (Wagnerova reakcija)

U težim uslovima u kiseloj sredini, produkti reakcije mogu biti karboksilne kiseline, na primer (u prisustvu kiselina):

CH 3 - CH \u003d CH 2 + 4 [O] -> CH 3 COOH + HCOOH

– katalitička oksidacija

Zapamtite glavnu stvar!

1. Nezasićeni ugljikovodici aktivno ulaze u reakcije adicije.
2. Reaktivnost alkena je zbog činjenice da - veza se lako prekida pod dejstvom reagensa.
3. Kao rezultat dodavanja, dolazi do prijelaza atoma ugljika iz sp 2 - u sp 3 - hibridno stanje. Produkt reakcije ima ograničavajući karakter.
4. Kada se etilen, propilen i drugi alkeni zagrevaju pod pritiskom ili u prisustvu katalizatora, njihovi pojedinačni molekuli se kombinuju u dugačke lance – polimere. Polimeri (polietilen, polipropilen) su od velike praktične važnosti.

3. Upotreba alkena(učenička poruka prema sljedećem planu).

1 - dobijanje goriva sa visokim oktanskim brojem;
2 - plastika;
3 - eksploziv;
4 - antifriz;
5 - rastvarači;
6 - za ubrzavanje zrenja plodova;
7 - dobijanje acetaldehida;
8 - sintetička guma.

III. Konsolidacija proučenog materijala

Zadaća:§§ 15, 16, pr. 1, 2, 3, str. 4, 5, str.

Najjednostavniji alken je eten C 2 H 4. Prema IUPAC nomenklaturi, nazivi alkena se formiraju od imena odgovarajućih alkana zamjenom sufiksa "-an" sa "-ene"; položaj dvostruke veze označen je arapskim brojem.

Prostorna struktura etilena

Po imenu prvog predstavnika ove serije - etilena - takvi ugljikovodici se nazivaju etilen.

Nomenklatura i izomerizam

Nomenklatura

Alkeni jednostavne strukture često se nazivaju zamjenom sufiksa -an u alkanima sa -ilenom: etan - etilen, propan - propilen itd.

Prema sistematskoj nomenklaturi, nazivi etilenskih ugljovodonika dobijaju se zamjenom sufiksa -an u odgovarajućim alkanima sufiksom -en (alkan - alken, etan - eten, propan - propen itd.). Izbor glavnog lanca i redosled imena je isti kao i za alkane. Međutim, lanac mora nužno sadržavati dvostruku vezu. Numeracija lanca počinje od kraja kojem je ova veza bliža. Na primjer:

Ponekad se koriste i racionalna imena. U ovom slučaju, svi alkenski ugljikovodici se smatraju supstituiranim etilenom:

Nezasićeni (alkenski) radikali nazivaju se trivijalnim nazivima ili prema sistematskoj nomenklaturi:

H 2 C \u003d CH - - vinil (etenil)

H 2 C \u003d CH - CH 2 - -alil (propenil-2)

izomerizam

Alkene karakteriziraju dvije vrste strukturne izomerije. Pored izomerije povezane sa strukturom ugljeničnog skeleta (kao kod alkana), postoji i izomerija koja zavisi od položaja dvostruke veze u lancu. To dovodi do povećanja broja izomera u nizu alkena.

Prva dva člana homolognog niza alkena - (etilen i propilen) - nemaju izomere i njihova struktura se može izraziti na sljedeći način:

H 2 C \u003d CH 2 etilen (eten)

H 2 C \u003d CH - CH 3 propilen (propen)

Izomerizam položaja višestruke veze

H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 buten-1

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 buten-2

Geometrijski izomerizam - cis-, trans-izomerizam.

Ovaj izomerizam je karakterističan za spojeve sa dvostrukom vezom.

Ako jednostavna σ-veza omogućava slobodnu rotaciju pojedinih karika ugljikovog lanca oko svoje ose, tada se takva rotacija ne događa oko dvostruke veze. To je razlog za pojavu geometrijskih ( cis-, trans-) izomeri.

Geometrijska izomerija je jedna od vrsta prostorne izomerije.

Izomeri u kojima se isti supstituenti (na različitim atomima ugljika) nalaze na jednoj strani dvostruke veze nazivaju se cis-izomeri, a na različite načine - trans-izomeri:

cis- I trans- izomeri se razlikuju ne samo po prostornoj strukturi, već i po mnogim fizičkim i hemijskim svojstvima. trans- izomeri su stabilniji od cis- izomeri.

Dobijanje alkena

Alkeni su rijetki u prirodi. Obično se gasoviti alkeni (etilen, propilen, butileni) izoluju iz rafinerijskih gasova (u toku krekinga) ili pratećih gasova, kao i iz gasova koksanja uglja.

U industriji se alkeni dobijaju dehidrogenacijom alkana u prisustvu katalizatora (Cr 2 O 3).

Dehidrogenacija alkana

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 2 C \u003d CH - CH 2 - CH 3 + H 2 (buten-1)

H 3 C - CH 2 - CH 2 - CH 3 → H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + H 2 (buten-2)

Od laboratorijskih metoda dobivanja mogu se istaknuti sljedeće:

1. Odvajanje halogenovodonika od halogeniranih alkila pod djelovanjem alkoholnog rastvora alkalija na njih:

2. Hidrogenacija acetilena u prisustvu katalizatora (Pd):

H-C ≡ C-H + H 2 → H 2 C \u003d CH 2

3. Dehidracija alkohola (cijepanje vode).
Kao katalizator koriste se kiseline (sumporne ili fosforne) ili Al 2 O 3:

U takvim reakcijama vodik se odvaja od najmanje hidrogeniranog (sa najmanjim brojem atoma vodika) atoma ugljika (pravilo A.M. Zaitseva):

Fizička svojstva

Fizička svojstva nekih alkena prikazana su u donjoj tabeli. Prva tri predstavnika homolognog niza alkena (etilen, propilen i butilen) su gasovi, počevši od C 5 H 10 (amilen, ili penten-1) su tečnosti, a sa C 18 H 36 su čvrste materije. Kako se molekularna težina povećava, povećavaju se tačke topljenja i ključanja. Normalni alkeni ključaju na višoj temperaturi od njihovih izomera. Tačke ključanja cis-izomeri viši od trans-izomeri, i tačke topljenja - obrnuto.

Alkeni su slabo rastvorljivi u vodi (međutim, bolje od odgovarajućih alkana), ali dobro - u organskim otapalima. Etilen i propilen sagorevaju dimnim plamenom.

Fizička svojstva nekih alkena

Ime		t pl, ° S	t kip, ° S
etilen (eten)
propilen (propen)
butilen (buten-1)
cis-buten-2
Trans-buten-2
izobutilen (2-metilpropen)
amilena (penten-1)
heksilen (heksen-1)
heptilen (hepten-1)
okten (okten-1)
nonilen (nonen-1)
Decylen (decene-1)

Alkeni imaju nizak polaritet, ali se lako polariziraju.

Hemijska svojstva

Alkeni su visoko reaktivni. Njihova hemijska svojstva određena su uglavnom dvostrukom vezom ugljik-ugljik.

π-veza, kao najmanje jaka i pristupačnija, puca pod djelovanjem reagensa, a oslobođene valencije atoma ugljika troše se na vezivanje atoma koji čine molekulu reagensa. Ovo se može predstaviti kao dijagram:

Dakle, uz dodatne reakcije, dvostruka veza je prekinuta, takoreći, napola (sa očuvanjem σ-veze).

Za alkene su, osim adicije, karakteristične i reakcije oksidacije i polimerizacije.

Reakcije sabiranja

Češće se reakcije adicije odvijaju prema heterolitičkom tipu, koje su elektrofilne reakcije adicije.

1. Hidrogenacija (dodatak vodonika). Alkeni, dodavanjem vodika u prisustvu katalizatora (Pt, Pd, Ni), prelaze u zasićene ugljovodonike - alkane:

H 2 C \u003d CH 2 + H 2 → H 3 C - CH 3 (etan)

2. Halogenacija (dodatak halogena). Halogeni se lako dodaju na mjesto rupture dvostruke veze kako bi formirali derivate dihalogena:

H 2 C \u003d CH 2 + Cl 2 → ClH 2 C - CH 2 Cl (1,2-dikloretan)

Dodavanje hlora i broma je lakše, a joda teže. Fluor sa alkenima, kao i sa alkanima, interaguje sa eksplozijom.

Uporedite: u alkenima je reakcija halogenacije proces dodavanja, a ne supstitucije (kao u alkanima).

Reakcija halogeniranja se obično izvodi u rastvaraču na uobičajenoj temperaturi.

Dodavanje broma i hlora alkenima odvija se ionskim, a ne radikalnim mehanizmom. Ovaj zaključak proizilazi iz činjenice da brzina dodavanja halogena ne zavisi od zračenja, prisustva kiseonika i drugih reagenasa koji pokreću ili inhibiraju radikalne procese. Na osnovu velikog broja eksperimentalnih podataka predložen je mehanizam za ovu reakciju, koji uključuje nekoliko uzastopnih faza. U prvoj fazi dolazi do polarizacije molekula halogena pod dejstvom elektrona π-veze. Atom halogena, koji zadobije dio pozitivnog naboja, formira nestabilan međuprodukt s elektronima π veze, nazvan π kompleks ili kompleks za prijenos naboja. Treba napomenuti da u π-kompleksu halogen ne formira usmjerenu vezu ni sa jednim određenim atomom ugljika; u ovom kompleksu se jednostavno ostvaruje interakcija donor-akceptor elektronskog para π-veze kao donora i halogena kao akceptora.

Dalje, π-kompleks se pretvara u ciklični bromonijum jon. U procesu formiranja ovog cikličkog kationa dolazi do heterolitičkog cijepanja Br-Br veze i pražnjenja R-orbitalni sp 2 -hibridizovani atom ugljenika se preklapa sa R-orbitala "usamljenog para" elektrona atoma halogena, formirajući ciklični bromonijum jon.

U posljednjoj, trećoj fazi, brom anion, kao nukleofilni agens, napada jedan od atoma ugljika bromonijevog jona. Nukleofilni napad bromidnog jona dovodi do otvaranja tročlanog prstena i stvaranja vicinalnog dibromida ( vic-blizu). Ovaj korak se formalno može smatrati nukleofilnom supstitucijom S N 2 na atomu ugljika, gdje je odlazeća grupa Br + .

Rezultat ove reakcije nije teško predvidjeti: brom anion napada karbokatation i formira dibromoetan.

Brza promjena boje otopine broma u CCl 4 jedan je od najjednostavnijih testova za nezasićenost, budući da alkeni, alkini i dieni brzo reagiraju s bromom.

Dodatak broma alkenima (reakcija bromiranja) je kvalitativna reakcija na zasićene ugljovodonike. Kada se nezasićeni ugljikovodici propuštaju kroz bromsku vodu (rastvor broma u vodi), žuta boja nestaje (u slučaju ograničavanja ugljikovodika ostaje).

3. Hidrohalogenizacija (dodatak vodonik halogenida). Alkeni lako dodaju halogenovodonike:

H 2 C \u003d CH 2 + HBr → H 3 C - CH 2 Br

Dodavanje halogenovodonika homolozima etilena slijedi pravilo V. V. Markovnikova (1837. - 1904.): u normalnim uvjetima, vodik halogenovodonika je vezan na mjestu dvostruke veze za najhidrogeniraniji atom ugljika, a halogen za manje hidrogenirano:

Markovnikovo pravilo se može objasniti činjenicom da je u nesimetričnim alkenima (na primjer, u propilenu) elektronska gustina neravnomjerno raspoređena. Pod uticajem metilne grupe direktno vezane za dvostruku vezu, elektronska gustina se pomera prema ovoj vezi (do ekstremnog atoma ugljenika).

Zbog ovog pomaka, p-veza je polarizirana i parcijalni naboji se pojavljuju na atomima ugljika. Lako je zamisliti da će pozitivno nabijeni vodikov ion (proton) spojiti atom ugljika (elektrofilna adicija), koji ima djelomično negativan naboj, i brom anion, ugljiku s djelomičnim pozitivnim nabojem.

Takvo vezivanje je posljedica međusobnog utjecaja atoma u organskom molekulu. Kao što znate, elektronegativnost atoma ugljika je nešto veća od one vodonika.

Stoga se u metilnoj grupi uočava određena polarizacija σ-veza C-H, povezana s pomakom u gustoći elektrona sa atoma vodika na ugljik. Zauzvrat, to uzrokuje povećanje elektronske gustoće u području dvostruke veze, a posebno na njenom ekstremnom atomu. Dakle, metil grupa, kao i druge alkil grupe, djeluje kao donor elektrona. Međutim, u prisustvu peroksidnih spojeva ili O 2 (kada je reakcija radikalna), ova reakcija može biti i protiv Markovnikovog pravila.

Iz istih razloga, Markovnikovo pravilo se primjećuje kada se nesimetričnim alkenima dodaju ne samo vodonik halogenidi, već i drugi elektrofilni reagensi (H 2 O, H 2 SO 4 , HOCl, ICl, itd.).

4. Hidratacija (dodavanje vode). U prisustvu katalizatora, voda se dodaje alkenima kako bi se formirali alkoholi. Na primjer:

H 3 C - CH \u003d CH 2 + H - OH → H 3 C - CHOH - CH 3 (izopropil alkohol)

Reakcije oksidacije

Alkeni se lakše oksidiraju od alkana. Proizvodi koji nastaju tokom oksidacije alkena i njihova struktura zavise od strukture alkena i uslova za ovu reakciju.

1. Sagorijevanje

H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

2. Nepotpuna katalitička oksidacija

3. Oksidacija na normalnoj temperaturi. Kada vodena otopina KMnO 4 djeluje na etilen (u normalnim uvjetima, u neutralnom ili alkalnom mediju - Wagnerova reakcija), nastaje dihidrični alkohol - etilen glikol:

3H 2 C \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOCH 2 - CH 2 OH (etilen glikol) + 2MnO 2 + KOH

Ova reakcija je kvalitativna: ljubičasta boja otopine kalijevog permanganata se mijenja kada joj se doda nezasićeno jedinjenje.

U težim uslovima (oksidacija KMnO 4 u prisustvu sumporne kiseline ili smeše hroma), dvostruka veza se raspada u alkenu i formira produkte koji sadrže kiseonik:

H 3 C - CH \u003d CH - CH 3 + 2O 2 → 2H 3 C - COOH (octena kiselina)

Reakcija izomerizacije

Kada se zagriju ili u prisustvu katalizatora, alkeni su u stanju da se izomeriziraju - pomiče se dvostruka veza ili se uspostavlja izostruktura.

reakcije polimerizacije

Zbog raskida π-veza, molekuli alkena se mogu kombinovati jedni s drugima, formirajući dugolančane molekule.

Nalaz u prirodi i fiziološka uloga alkena

U prirodi se aciklični alkeni praktički ne nalaze. Najjednostavniji predstavnik ove klase organskih spojeva - etilen C 2 H 4 - je hormon za biljke i sintetizira se u njima u malim količinama.

Jedan od rijetkih alkena koji se pojavljuju u prirodi je muskalur ( cis- tricosen-9) je seksualni atraktant ženki kućne muhe (Musca domestica).

Niži alkeni u visokim koncentracijama imaju narkotički učinak. Viši članovi serije također izazivaju konvulzije i iritaciju sluzokože respiratornog trakta.

Pojedinačni predstavnici

Etilen (eten) je organsko hemijsko jedinjenje opisano formulom C 2 H 4 . To je najjednostavniji alken. Sadrži dvostruku vezu i stoga se odnosi na nezasićene ili nezasićene ugljovodonike. Ima izuzetno važnu ulogu u industriji, a također je i fitohormon (organske tvari niske molekularne težine koje proizvode biljke i imaju regulatorne funkcije).

Etilen - izaziva anesteziju, ima iritativno i mutageno dejstvo.

Etilen je najviše proizvedeno organsko jedinjenje na svetu; ukupna svjetska proizvodnja etilena u 2008. godini iznosila je 113 miliona tona i nastavlja da raste za 2-3% godišnje.

Etilen je vodeći proizvod glavne organske sinteze i koristi se za proizvodnju polietilena (1. mjesto, do 60% ukupne zapremine).

Polietilen je termoplastični polimer etilena. Najčešća plastika na svijetu.

To je voštana masa bijele boje (tanki prozirni listovi su bezbojni). Hemijski je i otporan na mraz, izolator, nije osjetljiv na udarce (amortizer), omekšava pri zagrijavanju (80-120°C), smrzava se pri hlađenju, prianjanje (prianjanje površina različitih čvrstih i/ili tekućih tijela) je izuzetno niska. Ponekad se u popularnoj svijesti poistovjećuje s celofanom - sličnim materijalom biljnog porijekla.

Propilen - izaziva anesteziju (jaču od etilena), ima opće toksično i mutageno djelovanje.

Otporan na vodu, ne reaguje sa alkalijama bilo koje koncentracije, sa rastvorima neutralnih, kiselih i baznih soli, organskih i anorganskih kiselina, čak i koncentrovane sumporne kiseline, ali se razlaže pod dejstvom 50% azotne kiseline na sobnoj temperaturi i pod uticajem tečnog i gasovitog hlora i fluora. Vremenom dolazi do termičkog starenja.

Polietilenska folija (posebno ambalaža, poput folije ili trake).

Kontejneri (flaše, tegle, kutije, kanisteri, kante za zalivanje bašte, saksije za sadnice.

Polimerne cijevi za kanalizaciju, odvodnju, vodovod i plin.

električni izolacijski materijal.

Polietilenski prah se koristi kao ljepilo za topljenje.

Buten-2 - izaziva anesteziju, ima iritirajući učinak.

Fizička svojstva alkena su slična onima alkana, iako svi imaju nešto niže tačke topljenja i ključanja od odgovarajućih alkana. Na primjer, pentan ima tačku ključanja od 36°C, dok penten-1 ima tačku ključanja od 30°C. U normalnim uslovima, C 2 - C 4 alkeni su gasovi. C 5 - C 15 - tečnosti, počevši od C 16 - čvrste materije. Alkeni su nerastvorljivi u vodi, rastvorljivi u organskim rastvaračima.

Alkeni su rijetki u prirodi. Budući da su alkeni vrijedne sirovine za industrijsku organsku sintezu, razvijene su mnoge metode za njihovu proizvodnju.

1. Glavni industrijski izvor alkena je krekiranje alkana koji čine ulje:

3. U laboratorijskim uslovima alkeni se dobijaju reakcijama cijepanja (eliminacije), u kojima se dva atoma ili dvije grupe atoma odcjepljuju od susjednih atoma ugljika, te nastaje dodatna p-veza. Ove reakcije uključuju sljedeće.

1) Dehidracija alkohola nastaje kada se zagrijavaju sredstvima za uklanjanje vode, na primjer, sumpornom kiselinom na temperaturama iznad 150 ° C:

Kada se H 2 O odcijepi od alkohola, HBr i HCl od alkil halogenida, atom vodika se pretežno odcjepi od atoma susjednih ugljikovih atoma koji je povezan s najmanjim brojem atoma vodika (od najmanje hidrogeniranog atoma ugljika). Ovaj obrazac se naziva Zajcevovo pravilo.

3) Dehalogenacija nastaje kada se dihalidi koji imaju atome halogena na susjednim atomima ugljika zagrijavaju aktivnim metalima:

CH 2 Br -CHBr -CH 3 + Mg → CH 2 \u003d CH-CH 3 + Mg Br 2.

Hemijska svojstva alkena određena su prisustvom dvostruke veze u njihovim molekulima. Gustoća elektrona p-veze je prilično pokretna i lako reagira s elektrofilnim česticama. Stoga se mnoge reakcije alkena odvijaju prema mehanizmu elektrofilni dodatak, označen simbolom A E (od engleskog, adiciono elektrofilno). Reakcije elektrofilne adicije su ionski procesi koji se odvijaju u nekoliko faza.

U prvoj fazi, elektrofilna čestica (najčešće je to H + proton) stupa u interakciju s p-elektronima dvostruke veze i formira p-kompleks, koji se zatim pretvara u karbokation formiranjem kovalentne s-veze između elektrofilna čestica i jedan od atoma ugljika:

alken p-kompleks karbokatation

U drugoj fazi, karbokation reaguje sa anionom X -, formirajući drugu s-vezu zbog elektronskog para anjona:

Ion vodika u reakcijama elektrofilne adicije vezuje se za atom ugljika u dvostrukoj vezi, koja ima negativniji naboj. Raspodjela naboja određena je pomakom gustoće p-elektrona pod utjecajem supstituenata: .

Supstituenti davaoca elektrona koji pokazuju +I efekat pomeraju gustoću p-elektrona na više hidrogenizovani atom ugljenika i stvaraju delimičan negativni naboj na njemu. Ovo objašnjava Markovnikovo pravilo: kada su polarni molekuli tipa HX (X = Hal, OH, CN, itd.) vezani za nesimetrične alkene, vodonik se prvenstveno vezuje za hidrogenizovaniji atom ugljenika na dvostrukoj vezi.

Razmotrimo konkretne primjere reakcija adicije.

1) Hidrohalogenacija. Kada alkeni interaguju sa halogenovodonicima (HCl, HBr), nastaju alkil halogenidi:

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr ® CH 3 -CHBr-CH 3.

Produkti reakcije su određeni Markovnikovovim pravilom.

Međutim, treba naglasiti da u prisustvu bilo kojeg organskog peroksida polarne HX molekule ne reagiraju s alkenima prema Markovnikovom pravilu:

	R-O-O-R
CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr		CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

To je zbog činjenice da prisutnost peroksida uzrokuje radikalni, a ne ionski mehanizam reakcije.

2) Hidratacija. Kada alkeni stupaju u interakciju sa vodom u prisustvu mineralnih kiselina (sumporne, fosforne), nastaju alkoholi. Mineralne kiseline djeluju kao katalizatori i izvori su protona. Dodavanje vode također slijedi Markovnikovovo pravilo:

CH 3 -CH \u003d CH 2 + HOH ® CH 3 -CH (OH) -CH 3.

3) Halogenacija. Alkeni obezbojavaju bromsku vodu:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 ® BrCH 2 -CH 2 Br.

Ova reakcija je kvalitativna za dvostruku vezu.

4) Hidrogenacija. Dodavanje vodika se događa pod djelovanjem metalnih katalizatora:

gdje je R \u003d H, CH 3, Cl, C 6 H 5, itd. CH 2 \u003d CHR molekul se naziva monomer, rezultirajuće jedinjenje je polimer, broj n je stupanj polimerizacije.

Polimerizacijom različitih derivata alkena dobijaju se vredni industrijski proizvodi: polietilen, polipropilen, polivinil hlorid i drugi.

Osim adicije, alkene karakteriziraju i reakcije oksidacije. Blagom oksidacijom alkena vodenom otopinom kalijevog permanganata (Wagnerova reakcija) nastaju dvohidrični alkoholi:

ZSN 2 \u003d CH 2 + 2KMn O 4 + 4H 2 O ® ZNOCH 2 -CH 2 OH + 2MnO 2 ↓ + 2KOH.

Kao rezultat ove reakcije, ljubičasti rastvor kalijum permanganata brzo postaje bezbojan i taloži se smeđi talog mangan-oksida (IV). Ova reakcija, kao i dekolorizacija bromne vode, kvalitativna je za dvostruku vezu. Tijekom teške oksidacije alkena kipućom otopinom kalijevog permanganata u kiselom mediju dolazi do potpunog cijepanja dvostruke veze sa stvaranjem ketona, karboksilnih kiselina ili CO 2, na primjer:

	[O]
CH 3 -CH \u003d CH-CH 3		2CH 3 -COOH

Oksidacijski proizvodi se mogu koristiti za određivanje položaja dvostruke veze u početnom alkenu.

Kao i svi drugi ugljovodonici, alkeni sagorevaju, a uz obilje zraka stvaraju ugljični dioksid i vodu:

C n H 2 n + Zn / 2O 2 ® n CO 2 + n H 2 O.

Uz ograničen pristup zraku, sagorijevanje alkena može dovesti do stvaranja ugljičnog monoksida i vode:

C n H 2n + nO 2 ® nCO + nH 2 O.

Ako pomiješate alken s kisikom i prođete ovu smjesu preko srebrnog katalizatora zagrijanog na 200 ° C, tada nastaje alken oksid (epoksialkan), na primjer:

Na bilo kojoj temperaturi, alkeni se oksidiraju ozonom (ozon je jači oksidacijski agens od kisika). Ako se plinoviti ozon propušta kroz otopinu alkena u tetrakloridu ugljika na temperaturama ispod sobne temperature, dolazi do reakcije adicije i formiraju se odgovarajući ozonidi (ciklički peroksidi). Ozonidi su vrlo nestabilni i mogu lako eksplodirati. Stoga se obično ne izoluju, već odmah nakon što se razgrade vodom - u ovom slučaju nastaju karbonilna jedinjenja (aldehidi ili ketoni), čija struktura ukazuje na strukturu alkena podvrgnutog ozoniranju.

Niži alkeni su važni početni materijali za industrijsku organsku sintezu. Od etilena se dobijaju etil alkohol, polietilen, polistiren. Propen se koristi za sintezu polipropilena, fenola, acetona, glicerina.

Alkenes (olefini, etilenski ugljovodonici C n H 2n

homologne serije.

eten (etilen)

Najjednostavniji alken je etilen (C 2 H 4). Prema IUPAC nomenklaturi, nazivi alkena se formiraju od imena odgovarajućih alkana zamjenom sufiksa "-an" sa "-en"; položaj dvostruke veze označen je arapskim brojem.

Ugljovodonični radikali izvedeni iz alkena imaju sufiks "-enil". Trivijalna imena: CH 2 =CH- "vinil", CH 2 =CH-CH 2 - "alil".

Atomi ugljenika u dvostrukoj vezi su u stanju sp² hibridizacije i imaju ugao veze od 120°.

Alkene karakterizira izomerija ugljičnog skeleta, položaj dvostrukih veza, međuklasni i prostorni.

Fizička svojstva

Tačke topljenja i ključanja alkena (pojednostavljeno) povećavaju se s molekulskom težinom i dužinom glavnog ugljičnog lanca.

U normalnim uslovima, alkeni od C 2 H 4 do C 4 H 8 su gasovi; od pentena C 5 H 10 do heksadecena C 17 H 34 uključujući tečnosti, a počev od oktadecena C 18 H 36 - čvrste materije. Alkeni su nerastvorljivi u vodi, ali su lako rastvorljivi u organskim rastvaračima.

Dehidrogenacija alkana

Ovo je jedna od industrijskih metoda za dobijanje alkena.

Hidrogenacija alkina

Delimična hidrogenacija alkina zahteva posebne uslove i prisustvo katalizatora

Dvostruka veza je kombinacija sigma i pi veza. Sigma veza se javlja sa aksijalnim preklapanjem sp2 orbitala, a pi veza sa bočnim preklapanjem

Zajcevovo pravilo:

Eliminacija atoma vodika u reakcijama eliminacije odvija se pretežno od najmanje hidrogeniranog atoma ugljika.

13. Alkeni. Struktura. sp 2 hibridizacija, višestruki parametri veze. Reakcije elektrofilnog dodavanja halogena, vodonik halogenida, hipohlorne kiseline. Hidratacija alkena. Morkovnikovo pravilo. Mehanizmi reakcije.

Alkenes (olefini, etilenski ugljovodonici) - aciklički nezasićeni ugljovodonici koji sadrže jednu dvostruku vezu između atoma ugljika, tvoreći homologni niz s općom formulom C n H 2n

Jedna s- i 2 p-orbitale se miješaju i formiraju 2 ekvivalentne sp2-hibridne orbitale smještene u istoj ravni pod uglom od 120.

Ako vezu formira više od jednog para elektrona, onda se zove višestruko.

Višestruka veza nastaje kada ima premalo elektrona i veznih atoma da bi se svaka vezana valentna orbitala centralnog atoma preklapala s bilo kojom orbitalom okolnog atoma.

Elektrofilne reakcije adicije

U ovim reakcijama, čestica koja napada je elektrofil.

halogeniranje:

Hidrohalogenacija

Elektrofilno dodavanje halogenovodonika u alkene odvija se prema Markovnikovom pravilu

pravilo Markovnikova

Dodatak hipohlorne kiseline da nastane hlorohidrin:

Hidratacija

Reakcija dodavanja vode na alkene odvija se u prisustvu sumporne kiseline:

karbokacija- čestica u kojoj je pozitivan naboj koncentrisan na atomu ugljika, atom ugljika ima praznu p-orbitalu.

14. Etilen ugljovodonici. Hemijska svojstva: reakcije sa oksidantima. Katalitička oksidacija, reakcija sa perkiselinama, reakcija oksidacije do glikola, s razbijanjem veze ugljik-ugljik, ozoniranje. Wacker proces. supstitucijske reakcije.

Alkenes (olefini, etilenski ugljovodonici) - aciklički nezasićeni ugljovodonici koji sadrže jednu dvostruku vezu između atoma ugljika, tvoreći homologni niz s općom formulom C n H 2n

Oksidacija

Do oksidacije alkena može doći, u zavisnosti od uslova i vrste oksidacionih reagensa, kako sa prekidom dvostruke veze tako i sa očuvanjem ugljeničnog skeleta.

Kada sagorevaju na zraku, olefini proizvode ugljični dioksid i vodu.

H 2 C \u003d CH 2 + 3O 2 \u003d\u003e 2CO 2 + 2H 2 O

C n H 2n+ 3n/O 2 => nCO 2 + nH 2 O - opšta formula

katalitička oksidacija

U prisustvu soli paladija, etilen se oksidira u acetaldehid. Slično, aceton se formira iz propena.

Kada jaka oksidaciona sredstva (KMnO 4 ili K 2 Cr 2 O 7 u H 2 SO 4 medijumu) deluju na alkene, dvostruka veza puca kada se zagreva:

Prilikom oksidacije alkena razrijeđenim rastvorom kalijum permanganata nastaju dihidrični alkoholi - glikoli (reakcija E.E. Wagnera). Reakcija se odvija na hladnom.

Aciklički i ciklički alkeni, kada su u interakciji sa RCOOOH perkiselinama u nepolarnom mediju, formiraju epokside (oksirane), pa se sama reakcija naziva reakcija epoksidacije.

Ozoniranje alkena.

Kada alkeni reaguju s ozonom, nastaju jedinjenja peroksida, koja se nazivaju ozonidi. Reakcija alkena sa ozonom je najvažnija metoda za oksidativno cijepanje alkena na dvostrukoj vezi.

Alkeni ne prolaze kroz reakcije supstitucije.

Wacker proces- proces dobijanja acetaldehida direktnom oksidacijom etilena.

Wackerov proces temelji se na oksidaciji etilena paladij dikloridom:

CH 2 \u003d CH 2 + PdCl 2 + H 2 O \u003d CH 3 CHO + Pd + 2HCl

15. Alkeni: hemijska svojstva. Hidrogenacija. Lebedeva vladavina. Izomerizacija i oligomerizacija alkena. Radikalna i jonska polimerizacija. Pojam polimera, oligomera, monomera, elementarne veze, stepena polimerizacije. Telomerizacija i kopolimerizacija.

hidrogenacija

Hidrogenacija alkena direktno sa vodonikom se dešava samo u prisustvu katalizatora. Katalizatori hidrogenacije su platina, paladijum, nikl

Hidrogenacija se takođe može izvesti u tečnoj fazi sa homogenim katalizatorima

Reakcije izomerizacije

Pri zagrijavanju je moguća izomerizacija molekula alkena, što

može dovesti i do pomicanja dvostruke veze i do promjena u skeletu

ugljovodonik.

CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3

reakcije polimerizacije

Ovo je vrsta reakcije adicije. Polimerizacija je reakcija sekvencijalnog povezivanja identičnih molekula u veće molekule, bez izolacije bilo kakvog proizvoda male molekularne težine. Tokom polimerizacije, atom vodika je vezan za najhidrogeniraniji atom ugljika koji se nalazi na dvostrukoj vezi, a ostatak molekule je vezan za drugi atom ugljika.

CH2=CH2 + CH2=CH2 + ... -CH2-CH2-CH2-CH2- ...

ili n CH2=CH2 (-CH2-CH2-)n (polietilen)

Tvar čije molekule prolaze kroz reakciju polimerizacije naziva se monomer. Molekul monomera mora imati najmanje jednu dvostruku vezu. Rezultirajući polimeri sastoje se od velikog broja ponavljajućih lanaca koji imaju istu strukturu ( elementarne veze). Naziva se broj koji pokazuje koliko puta se strukturna (elementarna) jedinica ponavlja u polimeru stepen polimerizacije(n).

U zavisnosti od vrste intermedijarnih čestica koje nastaju tokom polimerizacije, postoje 3 mehanizma polimerizacije: a) radikalni; b) katjonski; c) anjonski.

Prema prvoj metodi dobija se polietilen visokog pritiska:

Reakciju kataliziraju peroksidi.

Druga i treća metoda uključuju upotrebu kiselina (kationska polimerizacija) i organometalnih spojeva kao katalizatora.

U hemiji oligomer) - molekul u obliku lanca mala broj identičnih komponenti.

Telomerizacija

Telomerizacija - oligomerizacija alkena u prisustvu supstanci - lančanih prenosilaca (telogena). Kao rezultat reakcije nastaje mješavina oligomera (telomera), čije su krajnje grupe dijelovi telogena. Na primjer, u reakciji CCl 4 sa etilenom, telogen je CCl 4 .

CCl 4 + nCH 2 \u003d CH 2 \u003d\u003e Cl (CH 2 CH 2) n CCl 3

Ove reakcije mogu pokrenuti radikalni inicijatori ili gama zračenje.

16. Alkeni. Reakcije radikalne adicije halogena i vodonik halogenida (mehanizam). dodavanje karbena olefinima. Etilen, propilen, butileni. Industrijski izvori i glavne upotrebe.

Alkeni lako dodaju halogene, posebno hlor i brom (halogenacija).

Tipična reakcija ovog tipa je dekolorizacija bromne vode

CH2=CH2 + Br2 → SH2Br-CH2Br (1,2-dibromoetan)

Elektrofilno dodavanje halogenovodonika u alkene odvija se prema Markovnikovovom pravilu:

pravilo Markovnikova: kada se protonske kiseline ili voda dodaju nesimetričnim alkenima ili alkinamatu, vodik je vezan za najhidrogeniraniji atom ugljika

Hidrogenizirani atom ugljika je onaj za koji je vezan vodik. Najhidrogenizovaniji - tamo gde ima najviše H

Reakcije adicije karbena

CR 2 karbeni: - visoko reaktivne kratkovječne čestice koje se lako mogu dodati dvostrukoj vezi alkena. Kao rezultat reakcije dodavanja karbena, nastaju derivati ​​ciklopropana

Etilen je organska hemikalija opisana formulom C 2 H 4. je najjednostavniji malken ( olefin)spoj. U normalnim uslovima, bezbojni, zapaljivi gas sa blagim mirisom. Djelomično rastvorljiv u vodi. Sadrži dvostruku vezu i stoga se odnosi na nezasićene ili nezasićene ugljovodonike. Igra izuzetno važnu ulogu u industriji. Etilen je najviše proizvedeno organsko jedinjenje na svetu: etilen oksid; polietilen, sirćetna kiselina, etil alkohol.

Osnovna hemijska svojstva(ne podučavajte, samo neka budu za svaki slučaj, odjednom će biti moguće otpisati)

Etilen je hemijski aktivna supstanca. Budući da u molekulu postoji dvostruka veza između atoma ugljika, jedan od njih, manje jak, lako se kida, a na mjestu prekida veze molekuli se spajaju, oksidiraju i polimeriziraju.

halogeniranje:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br

Bromna voda postaje obezbojena. Ovo je kvalitativna reakcija na nezasićena jedinjenja.

hidrogenacija:

CH 2 \u003d CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (pod djelovanjem Ni)

Hidrohalogenacija:

CH 2 \u003d CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br

hidratacija:

CH 2 \u003d CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (pod djelovanjem katalizatora)

Ovu reakciju je otkrio A.M. Butlerov, a koristi se za industrijsku proizvodnju etilnog alkohola.

oksidacija:

Etilen se lako oksidira. Ako se etilen propušta kroz rastvor kalijum permanganata, on će postati bezbojan. Ova reakcija se koristi za razlikovanje zasićenih i nezasićenih spojeva. Etilen oksid je krhka tvar, most kisika puca i voda se spaja, što rezultira stvaranjem etilen glikola. Jednačina reakcije:

3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Polimerizacija (dobivanje polietilena):

nCH 2 \u003d CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

propilen(propen) CH 2 \u003d CH-CH 3 - nezasićeni (nezasićeni) ugljovodonik serije etilena, zapaljivi plin. Propilen je gasovita supstanca sa niskom tačkom ključanja t bp = -47,6 °C

Tipično, propilen se izoluje iz rafinerijskih plinova (tokom krekiranja sirove nafte, pirolize benzinskih frakcija) ili pratećih plinova, kao i iz plinova koksanja uglja.